基于LPC2132的雙驅(qū)電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）

1.概述

當(dāng)今石油資源匱乏與環(huán)境保護(hù)的緊迫需求，對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展提出了新的要求，那就是：低噪聲.零排放和節(jié)能等，電動(dòng)汽車正是當(dāng)今汽車工業(yè)籍以解決能源.環(huán)保等問題可持續(xù)發(fā)展的最重要途徑，而以輪轂電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車既可以消除傳統(tǒng)傳動(dòng)中的機(jī)械磨損與損耗，提高了傳動(dòng)效率，又具有體積小和重量輕的優(yōu)點(diǎn)，使得提高效率的同時(shí)，車輪空間也能得到有效利用，更有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和現(xiàn)代控制技術(shù);ARM7系列微處理器，作為32位嵌入式處理器，以其極高性能.低功耗.豐富的片上資源.小體積等特性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話.手持式計(jì)算機(jī).汽車等各領(lǐng)域，成為極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和前景的處理器.本設(shè)計(jì)方案基于PHILIPS公司的ARM7TDMI-STM處理器LPC2132,分別控制兩個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了可靠設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并最終在實(shí)踐中進(jìn)行了驗(yàn)證.

2.無(wú)刷直流電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是由轉(zhuǎn)子位置傳感器.電動(dòng)機(jī)本體以及電子開關(guān)電路組成.其工作原理如下：由位置傳感器(霍爾傳感器)定時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)此位置信號(hào)來控制開關(guān)管的導(dǎo)通或截止，從而控制定子繞組通電與斷電，即實(shí)現(xiàn)了電子換向功能，并使電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn).

圖1是三相聯(lián)結(jié)全橋驅(qū)動(dòng)電路，其中，開關(guān)管Q1.Q3.Q5采用P溝道MOSFET功率管，柵極為低電平時(shí)MOSFET管導(dǎo)通，VD1.VD3.VD5為相應(yīng)的保護(hù)二極管;開關(guān)管Q2.Q4.Q6采用N溝道M O S F E T功率管，柵極為高電平時(shí)MOSFET管導(dǎo)通，VD2.VD4.VD6為相應(yīng)的保護(hù)二極管.其中位置傳感器的3個(gè)輸出端通過特定的邏輯電路控制Q1-Q6開關(guān)管工作(導(dǎo)通或截至)，其控制方式有兩種：“三三導(dǎo)通方式”

與“二二導(dǎo)通方式”.全橋式驅(qū)動(dòng)下的繞組又分為星形聯(lián)結(jié)和角形聯(lián)結(jié)，其聯(lián)結(jié)方式如圖2所示.

三三導(dǎo)通方式“指的是每次使3個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，在圖1中，各開關(guān)管的導(dǎo)通順序?yàn)椋篞1.Q2.Q3–Q2.Q3.Q4–Q3.Q4.Q5–Q4.Q5.Q6–Q5.Q6.Q1–Q6.Q1.Q2.”三三導(dǎo)通方式“在實(shí)際工作時(shí)又可以分為六種控制方式，每隔60°改變一次導(dǎo)通狀態(tài)，每改變一次狀態(tài)更換一個(gè)開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通180°.在每種狀態(tài)下，其合成轉(zhuǎn)矩的大小都是單相轉(zhuǎn)矩的1.5倍.

在本文中使用三相全橋星形聯(lián)結(jié)，采用”三三導(dǎo)通方式“,驅(qū)動(dòng)電路中MOSFET管的導(dǎo)通或截止由相應(yīng)的軟件來控制，即根據(jù)位置傳感器的檢測(cè)信號(hào)來提取相應(yīng)的MOSFET管對(duì)應(yīng)的控制字，并通過特定的邏輯電路控制MOSFET管，實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET管導(dǎo)通或截止控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)作出換相控制，使電機(jī)能連續(xù)運(yùn)行.電機(jī)方向的控制只是上述功率MOSFET管的導(dǎo)通順序不同，也就是所提取的控制字不同.無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，可以采用PWM(脈寬調(diào)制)方法來控制電機(jī)的通電電流，在此不做詳細(xì)描述.

3.雙驅(qū)電動(dòng)車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本論文控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是利用一個(gè)CPU控制兩個(gè)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，是為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的后輪分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的.在電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)兩個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)的電機(jī)速度調(diào)節(jié).正反轉(zhuǎn)控制，開始和停止控制等功能.這里采用PHILIPS公司LPC2100系列中的LPC2132作為中央處理器.

LPC2132是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，內(nèi)嵌高速64K字節(jié)Flash存儲(chǔ)器，其寬范圍的串行通信接口和豐富的片內(nèi)資源(如32位定時(shí)器x4個(gè).PWM通道x6個(gè).10位8路ADC和10位DAC,另外具有47個(gè)通用I/O口以及9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷源)使其具有強(qiáng)大的處理功能，并具有很強(qiáng)的抗干擾能力，特別適用于工業(yè)控制.電動(dòng)車智能控制系統(tǒng)總體框圖如圖3所示，下面給出幾部分功能的硬件設(shè)計(jì)圖.

3.1 電源設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)的電源由4塊12V大容量鉛蓄電池串連后提供48V直流電，而系統(tǒng)中的工作電壓還有+3.3V.+5V和+15V,因此采用常用的穩(wěn)壓電源芯片LM7824.LM7815.1117-3.3和1117-5產(chǎn)生所需各組電壓，具有可靠.穩(wěn)定.簡(jiǎn)單的特點(diǎn).如圖4所示.